6.4.4. Морозостойкость бетона

Морозостойкостью называют способность насыщенного водой бетона сохранять прочность и не разрушаться при попеременном замораживании и оттаивании. Причиной разрушения является свойство воды при переходе в лед увеличиваться в объеме более чем на 9% и создавать внутреннее давление на стенки пор.

По морозостойкости бетон подразделяют на марки F50, F75, F100, F150, Р200, F300, F400, F500, F600, F800 и F1000. Марка назначается в зависимости от вида конструкций и условий их эксплуатации.

Морозостойкость бетона зависит от количества макропор в его структуре, характера пористости, минерального и вещественного состава цементов, прочности бетона на растяжение. Уменьшение макропористости бетона повышает его морозостойкость. Это достигается снижением водоцементного отношения, введением в бетонную смесь химических добавок, позволяющих уменьшить ее водопотребность и снизить расход воды, применением незагрязненных заполнителей оптимального состава с минимальной водопотребностью, созданием благоприятных температурно-влажностных условий твердения, качественным уплотнением бетонной смеси, а также замораживанием бетона в более позднем возрасте, когда за счет образования повышенного количества гидратных веществ увеличивается его плотность.

Повысить морозостойкость бетона можно изменением характера пористости. Достигается это введением в бетонную смесь воздухововлекающих добавок. Необходимо создать 4–6% очень мелких воздушных резервных пор, не заполняемых водой при обычном насыщении, но заполняемых под давлением замерзающей воды. Наиболее эффективны гидрофобные воздухововлекающие добавки ГКЖ-10, ГКН-11, которые уменьшают водопоглощение бетона.

Существенное влияние на морозостойкость бетона оказывает вид применяемого цемента. Наибольшую морозостойкость имеют бетоны на портландцементе без минеральных добавок с содержанием минерала С3А до 5%. Их применяют для гидротехнических сооружений зоны переменного уровня воды в суровых климатических условиях. Еще более высокую морозостойкость имеют бетоны на глиноземистом цементе.

Бетоны на цементах сложного вещественного состава имеют пониженную морозостойкость. Особенно пуццолановый портландцемент с активными добавками осадочного происхождения.

При давлении льда на стенки пор бетона при замораживании возникают напряжения растяжения. Поэтому все мероприятия, увеличивающие предел прочности бетона на растяжение, повышают его морозостойкость.

6.4.5. Усадка и набухание бетона

Бетоны на гидравлических вяжущих, за исключением бетонов на безусадочных и расширяющихся цементах, при твердении на воздухе уменьшаются в объеме, т.е. подвержены усадке. При твердении в воде объем бетона вначале несколько увеличивается, происходит его набухание, а затем при твердении на воздухе наступает усадка.

Попеременное увлажнение и высыхание бетона приводит, в свою очередь, к попеременному набуханию и усадке, причем деформация набухания значительно меньше деформации усадки. Эти процессы наблюдаются в результате объемных изменений цементного камня. Усадка бетона складывается из контракционной, влажностной и карбонизационной составляющих. Контракционная происходит в результате уменьшения объема цемента и воды при их взаимодействии. Она невелика и приводит, в основном, к изменению поровой структуры материала. Влажностная происходит при испарении воды из бетона и уменьшении толщины водных пленок. Она является основным видом усадки. Карбонизационная связана с уменьшением объема при взаимодействии Са(ОН)2 цементного камня с углекислым газом воздуха и образованием СаСО3 .

Усадка носит затухающий характер. Наиболее значительна она в первые сутки твердения и составляет около 70% месячной величины. Вся усадка в бетонах на обычных портландцементах составляет 0,3–0,5 мм на 1 м длины. Она возрастает с увеличением расхода цемента, тонкости его помола, применением белитовых цементов. Заполнители уменьшают усадку бетона.

Усадочные деформации приводят к образованию трещин в бетоне, уменьшают его долговечность.

Попеременное увлажнение и высушивание расшатывают структуру бетона.